SAĞLIK BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
VÜCUT GLİKOJEN DEPO DÜZEYLERİNİN AKUT EGZERSİZ METABOLİZMASINA ETKİSİ
Süleyman BULUT
Spor Bilimleri ve Teknolojisi Programı DOKTORA TEZİ
ANKARA 2014
SAĞLIK BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
VÜCUT GLİKOJEN DEPO DÜZEYLERİNİN AKUT EGZERSİZ METABOLİZMASINA ETKİSİ
Süleyman BULUT
Spor Bilimleri ve Teknolojisi Programı DOKTORA TEZİ
TEZ DANIŞMANI
Yrd. Doç. Dr. Hüsrev TURNAGÖL
ANKARA 2014
TEŞEKKÜR
Bir yolculuk sırasında karşılaştığınız ve etrafınızda olan insanlara yolculuk boyunca nasıl davrandığınız o yolculuğun kendisinden çok daha önemlidir (Jeremy Aldana). Bende bu tez boyunca birçok insanla karşılaştım, onların sevgisi, desteği ve sabrı olmaksızın böyle bir çalışmayı gerçekleştirmek mümkün olmayacaktı.
Yrd. Doç. Dr. Hüsrev Turnagöl tez danışmanım olarak çalışmaya fikir verici ve yol gösterici katkılarda bulunmuş, bu uzun süreçte her daim rehberliğini ve desteğini esirgememiştir. Sağlıklı insan çalışmalarının yapılmasının çok zor olduğu bir ortamda bu yorucu çalışma için gönüllü olan Hacettepe Üniversitesi ve Ortadoğu Teknik Üniversitesi Bisiklet takımı sporcularına sonsuz teşekkürler. Prof. Dr A.Haydar Demirel yöntemin tartışılmasında defalarca sabır ile beni dinlemiş ve önerilerini her defasında paylaşmıştır. Prof. Dr Kamer Kılınç, Doç.Dr Ebru Bodur ve Dr. Murat Öktem kullanılacak biyokimyasal yöntemlerle ilgili sorularıma her defasında içtenlikle cevap vererek yardımlarını esirgememişlerdir. Doç.Dr Tahir Hazır performans laboratuvarındaki cihazların kullanımında ve çalışmanın istatistiksel planlanmasına katkılarda bulunmuştur. Yrd.Doç Dr Ş. Nazan Koşar çalışmanın yöntemi ile ilgili konularda sabırla yardımlarda bulunmuştur. Yrd. Doç Dr Ş. Alpan Cinemre VO2 zirve değerinin hesaplanmasında yol gösterici olmuştur.
Ayrıca üniversitemiz Biyoistatistik anabilim dalından Dr. Erdal Coşgun ve Doç.Dr Erdem Karabulut çalışmanın istatistiksel olarak yorumlanmasına katkılarda bulunmuştur. Üniversitemiz Biyofizik anabilim dalı öğretim üyesi Prof. A.Ruhi Soylu çalışma ile ilgili bilgi ve görüşlerini paylaşmıştır. Fakültemiz performans laboratuvarı teknisyeni Nezir Şahinli ve hemşire Zuhal Bıyıklıoğlu kan alım işlemlerinde görev alarak katkıda bulunmuşlardır. Yüksek Lisans öğrencisi T. Nilay Güngör yardımlarda bulunmuştur. Besin öğünlerinin sağlanmasında Abott Beslenme ve genel müdürü Tuncer Şentürk destek ve yardımlarda bulunmuşlardır.
Tez çalışmam süresince ailem ve arkadaşlarım sevgi, anlayış ve sabırla destek olmuşlardır. Ayrıca eşim Sibel Bulut, oğullarımız Eymen Tuna Bulut ve Emir Enes Bulut ’un bu yoğun ve zorlu süreç içerisinde bana gösterdikleri sonsuz destek ve sabır için onlara minnetarım. Tüm SBF çalışanlarına, öğrencilerine ve mezunlarına teşekkür ederim.
ÖZET
Bulut, S. Vücut Glikojen Depo Düzeylerinin Akut Egzersiz Metabolizmasına Etkisi, Hacettepe Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü Spor Bilimleri ve Teknolojisi Programı Doktora Tezi, Ankara, 2014. Açlık durumunun yağ metabolizmasını aktive ettiği iyi bilinmektedir. Bunun yanında son yıllarda, egzersize düşük kas glikojen depoları ile başlamanın normal duruma göre yağ metabolizmasını daha iyi aktive ettiği ve antrenmana daha fazla adaptasyon sağladığı ile ilgili çalışmalar artmıştır. Aç durumda normal ve düşük kas glikojen depoları ile egzersiz yapmanın tok duruma göre yağ metabolizmasını daha fazla etkileyip etkilemediğini test etmek için bu çalışma planlanmıştır. Bu araştırma için 11 gönüllü, genç, orta derecede antrenmanlı, erkek katılımcı çalışmaya dahil edilmiştir. Bir hafta ara ile tok ve aç (1 gece) durumda egzersiz denemeleri eşit bir şekilde randomize edilmiştir. Çalışma öncesi tüm katılımcılar VO2 zirve ve zirve güç değerlerinin belirlenmesi için VO2 zirve testine katılmışlardır. Katılımcılar her iki durumda (Tok:
TE1, TE2 ve Aç: AE1, AE2) % 70 VO2 zirve de 60dk süren iki egzersiz denemesini 1 saat dinlenme aralığı ile yapmışlardır, böylece aç ve tok durumda ikinci egzersiz denemesinin düşük kas glikojeni ile yapılması hedeflenmiştir. İnsülin düzeylerindeki azalma ve gliserol düzeylerindeki artış, TE1-AE2 (p= 0.014 insülin, p= 0.004 gliserol) ve AE1-AE2(p= 0.05, insülin ve p= 0.03, gliserol) egzersizleri arasında anlamlı bir şekilde gerçekleşmiştir. Fakat açlık durumunun insülin düzeyini azaltmada ve gliserol düzeyini arttırmada tok durum üzerine ek bir etkisi görülmemiştir. Toplam yağ kullanımı ve solunum değişim katsayısı değerlerinde de aynı trend görünmektedir. Toplam yağ oksidasyonu (g/60dk), TE1-TE2 (12.4 ± 6.4, 24.5 ± 7.28, p< 0.001) ve TE1-AE2 (12.4 ± 6.4, 26.2 ± 6.84, p= 0.002) egzersizleri arasında anlamlı derecede artmıştır. Sonuç olarak bu araştırma kapsamında bir gece açlık sonrası düşük kas glikojen depoları ile yapılan egzersizin tok durumda yapılana göre yağ metabolizmasını arttırmada daha fazla bir etkinliğinin olmadığı belirlenmiştir. Burada yağ metabolizmasındaki etkinliği arttıran esas belirleyici faktörün karaciğer glikojen depolarından çok kas glikojen depolarınının seviyeleri olduğu görünmektedir.
Anahtar Kelimeler: VO2 zirve, gliserol, insülin, RER, zirve güç.
HÜ.BAB Doktora tez destek projesi (Proje no: 013D09407001) ile desteklenmiştir.
ABSTRACT
Bulut, S. Effects of Body Glycogen Stores Level on Acute Exercise Metabolism.
Hacettepe University Institute of Health Sciences, Ph.D. Thesis in Sport Sciences and Technology, Ankara, 2014. It is well known that fasting activates fat metabolism. Beside, recent years many research studies accumulated that commencing exercise with low muscle glycogen is an effective strategy to activate fat metabolism and gain more training adaptation than normal muscle glycogen state.
To test whether exercise in the fasted state with normal or low muscle glycogen is superior to activate fat metabolism than fed normal or low muscle glycogen pairs we set up this study. We recruited 11 moderately trained, young, men cyclist who volunteered to participate in this research stdudy. We designed fed and fasted (overnight) exercise trials which are separeted by one week with counterbalanced randomization. Prior to the study all subjects joined maximal test to determine VO2
peak and peak power output (PPO). For both trial subjects attended two 60min exercise session at 70% VO2 peak (Fed: FdE1, FdE2 and Fasted: FE1, FE2) with one hour rest period, thus the second exercise period aimed to be performed with low muscle glycogen. There were significant effect of low muscle trials on insulin decrease and glycerol rise in between Fd1-F2(p= 0.014, for insülin and for glycerol, p= 0.004) and FE1-FE2 (p= 0.05, for insülin and p= 0.03, for glycerol). But there were no additive effect of fasted state over fed counterpart to decrease in insülin level or to increase in glycerol level. It was the same trend for fat oxidation and respiratory exchange ratio (RER) value. Total fat oxidation (g /60min) was found significantly high between FdE1-FdE2 (12.4 ± 6.4 versus 24.5 ± 7.28, p< 0.001) and FdE1-FE2(12.4 ± 6.4 versus 26.2 ± 6.84, p= 0.002). In conclusion we found that there is no superior effect of overnight fasted state exercise with depleted muscle glycogen stores over fed counterpart to increase fat metabolism. And it seems that the major determinant to improve fat metabolism in this study is the state of muscle glycogen rather than liver glycogen stores level.
Key Words: VO2 peak, glycerol, insulin, RER, PPO.
Supported by HU.BAB PhD Thesis Grant (Project number: 013D09407001)
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ONAY SAYFASI ... iii
TEŞEKKÜR ... iv
ÖZET... v
ABSTRACT ... vi
İÇİNDEKİLER ... vii
SİMGELER VE KISALTMALAR ... ix
ŞEKİLLER DİZİNİ ... x
TABLOLAR DİZİNİ ... xi
1. GİRİŞ ... 1
1.1. Yapılan Çalışmaların Özeti ... 2
1.2. Problem, Hipotez ve Varsayımlar ... 3
2. GENEL BİLGİLER ... 4
2.1. İnsanlarda Dayanıklılık ... 4
2.2. Verimli Genler Hipotezi ... 6
2.3. Glikojen Molekülü ve Özellikleri ... 8
2.3.1. Glikojen ve Egzersizdeki Rolünün Tarihçesi ... 8
2.3.2. Glikojenin Granül Yapısı ... 9
2.3.3. Glikojen Granülünün Sentezi ve Yıkımı ... 13
2.3.4. Glikojen Granüllerinin İskelet Kası İçerisinde Yerleşimi... 16
2.3.5. Kas Lif Tipine Göre Glikojen Granüllerinin Yerleşimleri... 17
2.4. Karbonhidrat Depoları ve Egzersiz ... 19
2.4.1. Diyet ile Karbonhidrat Alımı ve Metabolizması ... 19
2.4.2. Egzersiz, Antrenman ve Diyet Etkileşimi ... 21
2.4.3. Düşük Karbonhidrat Depoları ile Egzersiz: Yapılan Çalışmalar ve Moleküler Mekanizması ... 24
2.4.4. Leptin, İnterlökin-6 ve Tömör Nekröz Faktör-α (TNF-α) ve Kas Glikojen Depoları ... 31
3. YÖNTEM ... 34
3.1. Katılımcılar ve Özellikleri... 34
3.2. Çalışma Özeti ... 35
3.3. Deney Öncesi Uygulanan Testler ve Ölçümler ... 35
3.4. Araştırma Dizaynı ... 37
3.4.1. Biyokimyasal Ölçümler ... 39
3.5. İstatistiksel Yöntem ... 40
4. BULGULAR ... 42
4.1. Egzersiz Kapasitesi Bilgileri ... 42
4.2. Diyetle Alınan Besinlerin Analiz Sonuçları ... 42
4.3. Toplam Substrat Kullanımı ve Kalp Atım Hızı Değişimi ... 43
4.4. Egzersiz Süresince Substrat Kullanımında Oluşan Değişimler ... 46
4.5. Kalp Atım Hızı ve Algılanan Zorluk Derecelerindeki Değişimler ... 48
4.6. Kan Parametreleri ... 49
5. TARTIŞMA ... 58
5.1. Sübstrat Oksidasyonu ve RER Değerindeki Değişimler ... 59
5.2. Kalp Atım Hızı ve Algılanan Zorluk Derecesi ... 60
5.3. Kan Parametreleri... 61
6. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 65
KAYNAKLAR ... 66 EKLER
EK 1: Katılımcıların Sağlık Durumu Bilgi Formu EK 2: Aydınlatılmış Onam Formu
EK 3. Vücut Kompozisyonu ve DEXA ölçüm prosedürleri EK 4. DEXA ve Zirve Egzersiz Testi Sonuçları
EK 5: Son 24 Saatteki Besin Tüketim Kayıt Formu EK 6: Diyet Analiz Sonuçları
EK 7: Algılanan Zorluk Derecesi (Borg) Skalası EK 8: Sıvı Besin İçerikleri
EK 9: Etik Kurul Raporu
SİMGELER VE KISALTMALAR
DEXA : Dual Energy X Ray Absorbtiometry BEBİS : Beslenme Bilgi Sistemi
BKİ : Beden Kitle İndeksi
BOY : Boy Uzunluğu
GLUT4 : Glukoz Transporter 4 HSL : Hormon Duyarlı Lipaz KAS (kg) : Kas Ağırlığı
Zirve VO2 : Zirve Oksijen Tüketimi RER : Solunum Değişim Oranı SS : Standart sapma
TNF- : Tümör nekröz Faktör-Alfa IL-6 : İnterlökin-6
UCP : Uncoupling Protein VA : Vücut Ağırlığı YAĞ (%) : Vücut Yağ Yüzdesi KAH : Kalp Atım Hızı
X : Ortalama
PPAR-α : Peroksizom Proliferatör Aktive Edici Reseptör-Alfa p38 MAPK : p38 Mitojen Aktive Eden Protein Kinaz
cAMP : Siklik Adenozin Monofosfat
CREB : Siklik Adenozin Monofosfat Respond Element Binding Proteini PGC 1α : Peroksizom Proliferatör Aktive Edici Reseptör -γ Koaktivatör AMPK : 5' AMP Activated Protein Kinaz
PKA : Protein Kinaz A
ŞEKİLLER
Sayfa
Şekil 2.1. Beş farklı dayanıklılık yarışının kalori harcaması değerleri.. ... …5
Şekil 2.2. Besin alımı-fiziksel aktivite döngüsü ve verimli genler hipotezi. ... 7
Şekil 2.3. Glikojen granül yapısı (Glikozom) ... 10
Şekil 2.4. Egzersiz şiddeti ve glikojen granüllerinin kullanımı. ... 11
Şekil 2.5. Tekrarlı maksimal egzersizlerde glikojen kullanımı ... 11
Şekil 2.6. Glikojen sentezi. ... 13
Şekil 2.7. Glikojenin halkasal yapısı ... 15
Şekil 2.8. Kas hücresi içerisinde glikojen moleküllerinin yerleşimi ... 16
Şekil 2.9. Kas glikojen partikülleri transmisyon elektron mikroskobu görüntüleri ... 17
Şekil 2.10. Diyet ve egzersiz antrenmanı etkileşimi. ... 23
Şekil 2.11. Düşük glikojen depoları ile yapılan antrenman dizaynı ... 27
Şekil 2.12. Aerobik ve yüksek şiddetli egzersiz antrenman modeli ... 28
Şekil 2.13. Düşük glikojen depoları ile egzersizin moleküler etkileri ... 30
Şekil 2.14. Düşük kas glikojeni, leptin, IL-6 ve TNF-α etkileşimi ... 32
Şekil 2.15. Düşük kas glikojen depolarının IL-6 salınımını uyarması ... 33
Şekil 3.1. Özet çalışma dizaynı ... 39
Şekil 4.1. Ortalama solunum değişim katsayısı (RER) değerleri ... 44
Şekil 4.2. Toplam karbonhidrat ve yağ yakımı ... 45
Şekil 4.3. Ortalama kalp atım hızları. ... 45
Şekil 4.4. Egzersiz sırasında RER değişimi ... 46
Şekil 4.5. Egzersiz sırasında karbonhidrat kullanımı ... 48
Şekil 4.6. Egzersiz sırasında yağ kullanımı ... 48
Şekil 4.7. Egzersiz sırasında kalp atım hızı ... 49
Şekil 4.8. Egzersiz süresince algılanan zorluk dereceleri ... 49
TABLOLAR
Sayfa
Tablo 2.1. İskelet kasında proglikojen ve makroglikojen katabolizması ... 12
Tablo 2.2. Glikojen halkalarındaki tahmini glukoz ünitesi sayısı ... 14
Tablo 2.3. Glikojen’in iskelet kasında yerleşimi ile ilgili çalışmaların özeti. ... 18
Tablo 2.4. Fare karaciğer glikojen proteomundaki proteinler ... 25
Tablo 3.1. Antropometrik özellikler ... 34
Tablo 4.1. Egzersiz kapasitesi ve antrenman durumu bilgileri ... 42
Tablo 4.2. Katılımcıların aç egzersiz (AE) ve tok egzersiz (TE) denemeleri öncesi diyetle besin alım kompozisyonu ... 43
Tablo 4.3. Her bir egzersizde kullanılan toplam substrat miktarı ... 44
Tablo 4.4. Egzersiz sırasında substrat kullanımı ... 47
Tablo 4.5. Egzersiz öncesi ve sonrası metabolit değişimleri ... 51
Tablo 4.6. Metabolitlerin tüm egzersiz denemeleri arasındaki değişimleri ... 52
Tablo 4.7. Hormonların egzersiz öncesi ve sonrası değişimleri ... 54
Tablo 4.8. Hormonların tüm egzersiz denemeleri arasındaki değişimleri ... 55
Tablo 4.9. Sitokinlerin egzersiz öncesi ve sonrası değişimleri ... 56
Tablo 4.10. Sitokinlerin tüm egzersiz denemeleri arasındaki değişimleri ... 57
1. GİRİŞ
Diyet ile karbonhidrat alımı, kas glikojen miktarı ve dayanıklılık egzersizi performansı arasındaki ilişki yapılan birçok çalışma ile ortaya konmuştur. Bununla beraber submaksimal düzeyde yapılan egzersizlerin öncesinde ya da egzersiz süresince alınan karbonhidratın egzersiz süresini uzattığı, yorgunluğu geciktirdiği bilinmektedir. Kas hücrelerindeki glikojen varlığı çok önceden belirlenmişken, kas glikojen depolarının direkt veya indirekt mekanizmalarla egzersiz antrenmanına adaptasyonu sağlayan sinyal yolarını etkileyebildiği ile ilgili araştırmalar oldukça yenidir. Diğer taraftan diyetle karbonhidrat alımının azalması veya yoğun egzersiz ile meydana gelen düşük kas glikojen depo düzeyleri, egzersiz metabolizmasını etkileyerek farklı fizyolojik ve biyokimyasal değişimleri tetikleyebilmektedir.
Bunlardan bazıları; adipoz dokudan yağ asidi serbestlenmesinin artması, plazma serbest yağ asidi düzeyinin yükselmesi, plazma interlökin-6, epinefrin ve norepinefrin salınımının artması olarak belirmektedir. Düşük kas glikojen depoları ile yaptırılan antrenmanların sonucunda özellikle düşük şiddetli egzersizlerde yağ oksidasyonunun ve bununla ilgili enzimlerin artışı söz konusudur. Kas glikojen partiküllerinin yerleşiminin ise egzersiz antrenmanına karşı oluşan bu farklı cevapları tetiklemede nasıl bir rol oynadığıda yoğun bir şekilde tartışılmaktadır. Bununla ilgili kilit rol oynayan mekanizmalar olarak; direk etkili yolun glikojen partiküllerine bağlı çeşitli proteinlerin serbestlenmesi ve indirekt etkili yolun ise metabolizmanın yağ oksidasyonuna doğru kayması, katekolaminlerin ve ozmotik basıncın artması olarak açıklanmaktadır. Son yıllarda kas glikojen içeriğinin antrenmana adaptasyonu nasıl değiştirdiği ile ilgili bilgiler yoğun bir artış gösterirken, depolanan glikojenin antrenmanın oluşturduğu metabolik adaptasyonları tam olarak nasıl etkilediği ile ilgili birçok soru güncelliğini korumaktadır. Düşük kas glikojen depoları ile antrenman yapmanın hem sağlıklı yaşam hem de atletik performans perspektifinde olası etkilerinin belirlenebilmesi için kuşkusuz çok daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulmakta, sporcu ve antrenörlerin düşük karbonhidrat depoları ile antrenman konusunu çok dikkatli incemeleri, olası yarar ve zararlarını antrenman periyotlamaları içerisinde çok iyi analiz etmeleri hayati önem taşımaktadır.
1.1. Yapılan Çalışmaların Özeti
Egzersiz öncesinde karbonhidrat depolarının değişmesini sağlayan etkenlerden biri de açlık ve tokluk durumudur. Bir gece açlık sonrasında yapılan egzersizin başlıca yakıt olarak karbonhidratlar yerine yağları kullanmayı sağladığı ve böylece vücut yağ yüzdesini azaltmada daha etkin olduğunu ortaya koyan çalışmalar bulunmaktadır (1,2) . Diğer taraftan açlığın dayanıklılık performansına etkisi ile ilgili gerçekleştirilen bazı çalışmalarda performansta azalma gözlenmiştir (3-5) . Fakat performansta meydana gelen bu düşüşlerin; katılımcılara uzun süreli açlık periyodu (>24) uygulanmasından, yorgunluğa ulaşıncaya kadar egzersiz yaptırılmasından veya çok yüksek şiddetlerdeki egzersizler verilmesinden kaynaklanıyor olabileceği belirtilmektedir (6) . Buna paralel olarak kısa süreli açlık (11-24) ile uygulanan dayanıklılık egzersizinin insan (7) ve hayvan (8) çalışmalarında performansta azalma oluşturmadığı belirlenmiştir. Aç durumdaki egzersiz sırasında serbest yağ asitlerinin düzeyinin artmasının glikojen kullanımını azalttığı ve bununda performansta bir düşüş gözlenmemesinin sebebi olduğu ileri sürülmüştür (8,9) . Aslında, bir gece açlık sonrasında yapılan akut egzersizin yağ asidi yakımını egzersiz öncesinde ve sırasında karbonhidrat alımı gerçekleştirilen durumlara göre daha fazla arttırdığı bilinmektedir (10) . Aynı zamanda, bir gece açlık sonrasında yaptırılan akut dayanıklılık egzersizi sırasında karbonhidrat tüketiminin yağların oksidasyonu ile ilgili genleri baskıladığı rapor edilmiştir (11) .
Diğer taraftan insanlarda hem karaciğer hemde kas glikojen depolarının içeriğini manipüle ederek akut dayanıklılık egzersizinin hormonal ve metabolik etkilerini test eden çok az sayıda çalışma bulunmaktadır. Oysa ki hayvan çalışmalarında karaciğer glikojeni düşük denek grubunda egzersiz ile beraber yağ dokudan serbest yağ asidi salınımda anlamlı bir artış gözlenmiştir (12) .
Bu noktadan hareketle, karaciğer ve kas glikojeninin düşük seviyelerinin egzersiz sırasında insanlarda da yağ asidi serbestlenmesini indükleyebileceği, kas hücrelerinde daha fazla yağ yakımına yönelik metabolik adaptasyonlar yaratabileceği düşünülebilir.
1.2. Problem, Hipotez ve Varsayımlar
Problem: Karaciğer glikojen depolarının düşük olduğu açlık ve dolu olduğu tokluk durumlarında, kas glikojen depoları dolu iken ve kısmen boşalmış durumdayken yapılan egzersizlerin ortaya çıkaracağı metabolik cevaplar ve substrat kullanımına etkileri farklı olacakmıdır?
Hipotez: Karaciğer glikojen depolarının düşük olduğu aç ve dolu olduğu tok durumlarda, kısmen boşalmış kas glikojen depoları ile yapılan egzersizler dolu kas glikojen depoları ile yapılan egzersizlere göre yağ metabolizmasını daha fazla aktive edecek, buna bağlı olarak yağ asidi serbestlenmesi ve yağ oksidasyonu artacaktır.
Ayrıca aç durumda normal ve düşük glikojen depoları ile yapılan egzersiz yağ metabolizmasını arttırmada tok duruma göre daha etkin rol oynayacaktır. Bunun yanında aç durumda düşük kas glikojen depoları ile yapılan egzersiz aç durumda normal glikojen depoları ile yapılan egzersize oranla yağ metabolizmasını daha fazla arttıracaktır.
Çalışmanın amacı: Bu çalışmanın temel amacı karaciğer ve kas glikojen içeriğinin düşük ve normal seviyelerinin egzersiz sırasında substrat kullanımına, yağ, karbonhidrat metabolizmasına ve bunlara bağlı oluşabilecek hormonal cevaplara etkilerini incelemektir. Diğer bir amaç uygun deney dizaynını sağlayarak kas glikojen miktarındaki değişiklerin aç ve tok durumda egzersiz metabolizmasına etkilerini incelemektir.
Tez sonunda varılması öngörülen son nokta(lar): Düşük glikojen depoları ile yapılan akut dayanıklılık egzersizinin serbest yağ asidi salınımını, substrat kulanımını ne derecede değiştirdiğinin test edilmesi. Glikojen depolarının miktarının değişiminin egzersiz metabolizmasına ne gibi farklı etkilerinin olabileceğinin belirlenmesi. Egzersiz öncesi besin alımı veya kısıtlamasının egzersizin oluşturacağı adaptasyonlara ne derece etki ettiğine metabolik açıklamalar getirmek. Buradan çıkan sonuçlar ile karaciğer ve kas glikojen depolarının farklı seviyelerinin egzersiz metabolizmasını nasıl etkilediği ve bu etkilerin ayrı ayrı ve beraber ne tür değişiklikler oluşturduğunun incelenmesi hedeflenmiştir. Bu anlamda bulunabilecek farklı hormonal, fizyolojik yanıtların egzersiz öncesi besin alımı veya kısıtlaması anlamında yapılacak uygulamalarda özellikle sırasıyla; dayanıklılık egzersizi yapan elit sporcu, askeri personel ve sağlıklı sedanterler için kullanılabilecek ve bu gruplara özel uygulama önerileri oluşturulabilecektir.
2. GENEL BİLGİLER
2.1. İnsanlarda Dayanıklılık
İnsanların everimsel süreç içerisinde dayanıklılık aktivitelerine daha yatkın olduğu ile ilgili ve bunun hayatta kalma ve en iyi genlerin seçilimi ile ilintili olabileceği düşüncesi bulunmaktadır. Aslında bu tezi destekleyen 3 faktörün bulunduğu bildirilmektedir (13) . Bu faktörlerden birincisinin sadece maymun, deve, at gibi memeliler ile beraber insan türünde bulunan üstün terleme ve ısı kaybetme yeteneği olduğu ve bu sayede sıcak havada bile uzun süre egzersizi sürdürme kapasitesinin bulunması olduğu öne sürülmektedir (14) . Belkide terleme yeteneği gelişmiş diğer tek örnek olarak çöl ağustos böceği (Apache desert cicada) verilebilir (13) . Terleme kapasitesi insanlardan düşük olan antilop, çita, aslan gibi memelilerin ise terleme fonksiyonlarının sınırlı olmasına bağlı olarak dayanıklılık değil sprint aktivitelerinin çok geliştiği ve ancak bu şekilde vücut sıcaklıklarını dengeledikleri anlaşılmaktadır (14) .
İkinci faktör olarak Bramble ve Lieberman (15) insanlarda iskelet kas sisteminin uzun mesafeleri orta hızlarda hareket ederek katetmeye elverişli olduğunu ve bunu özelleşmiş 20 anatomik adaptasyon ile başardıklarını belirtmektedirler.
Son olarak ise bakıldığında insan türünün sprint özelliğinin birçok memeliye göre daha az gelişmiş fakat dayanıklılık kapasitesinin ise daha gelişmiş olduğu açıkça görülmektedir. Öyle ki, en iyi sprinterin hızının (10m/s), bir aslanın (~30 m/s), çitanın (~35 m/s) veya safkan yarış atının (~19 m/s) çok altında olduğu bilinmektedir. Fakat elit bir maraton sporcusunun 5.6 m/s hız ile yaklaşık 2 saatten fazla bir süre koşabildiği ve ancak göçmen afrika antiloplarının 5.1 m/s ile posta arabalarındaki atların 5.8 m/s bu kategoride karşılaştırılabildiği görülmektedir (13) .
Zamanın ve mesafenin doğru bir şekilde ölçülmesini sağlayan cihazların keşfedilmesi ile insanlarda dayanıklılığın sınırları merak konusu olmuş ve bunu ölçmek için çeşitli aktiviteler başlamıştır. Bunlardan ilki 1880’lerde Newyork ve Londra’da yapılan 6-gün profosyonel yaya yarışları, ardından 6 gün bisiklet yarışları ve buradan alınan ilham ile 1903 de Tour de France başlatılması ile devam etmiştir.
Bunları takiben 1928 ve 1929 yıllarında 4960 km” Bunion Derbileri” olarak
adlandırılan Los Angles ile New York arasında gerçekleştirilen koşu (gidiş-dönüş) yarışmaları izlemiştir.
Fakat şimdiye kadar bilinen en büyük insan dayanıklılık performansı 1911/12 yıllarında Robert Scott ve 1914/1916 yılları arasında Ernest Shackleton liderliğindeki ekiplerle gerçekleştirilen Antartika kızak ekspedisyonlarıdır. Bu aktivitede insanların çektikleri kızaklar ile yaklaşık 159-160 gün durmaksızın yol alınmış ve ekiplerin tüm üyelerinin harcadıkları enerji 1.000.000 kcal olarak hesaplanmıştır.
Karşılaştırıldığında bu rakam 6 gün yaya yarışı (55.000 kcal), Tour de France (168.000 kcal), Bunion Derbileri (340.000 kcal) gibi aktivitelerden çok daha fazladır (Şekil 2.1).
Şekil 2.1. Beş farklı dayanıklılık yarışının kalori harcaması değerleri (13) .
RAAM-Non stop cycling race across America.
Sir Ernest Shackleton’un Antartika kutup dayanıklılık ekspedisyonu için ekip üyelerini seçerken adaylarda aradığı beş özellik; optimizim, sabır, fiziksel dayanıklılık, idealizim ve cesaret olarak bildirilmektedir. Bu beş kriterden sadece bir tanesi, fiziksel dayanıklılık, vücut ile ilgili iken diğer dört kriter mental yapı ile ilgilidir. Fakat artık günümüzde fiziksel dayanıklılığın da mental dayanıklılığın bir yansıması olduğu kabul edilmektedir (13) .
55 079 kkal Altı gün yaya yarışları, 1989
168 000 kkal Fransa Bisiklet Turu,
1989 179 650 kkal RAAM Bisiklet yarışı,
2005
340 000 kkal Bunion Derbileri,
1928/1929
1 000 000 kkal İskoç Kutup Ekspedisyonu,
1911-1912
0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000
1 2 3 4 5
Toplam harcanan kilokalori (kkal)
Yarışmalar
2.2. Verimli Genler Hipotezi
Günümüzde temel bilgilere dayanarak egzersizin iyi bir aktivite olduğunu söylemek birçok kişi için zor olmamaktadır. Bununla beraber egzersizin sağlık üzerine sağladığı yararlar çok geniş bir literarür ile yer almaktadır. Eski zamanlara bakıldığında evrimsel süreçte özellikle besin elde etmek için fiziksel aktivitenin yaşama entegre edilmiş bir zorunluluk olduğu ve türlerin devamı için gerekli biyolojik faktörlerden biri olduğu anlaşılmaktadır (16) . Bunun yanında o dönemlerde besin bulunması her zaman için mümkün olmamakta ve bu durumda açlık periyotlarının meydana gelebilmekte olduğu bildirilmektedir (17) . Böylece evrimsel süreçte tokluk-açlık, fiziksel aktivite-dinlenme periyotları söz konusudur.
Bu görüş kapsamında, yakıt depolarının, kan insulin düzeylerinin, insulin duyarlılığının ve metabolik düzenleyici proteinlerin açlık-tokluk ve fiziksel aktivite- dinlenme periyotları ile sürekli bir döngü içerisinde tutulmasının “verimli genler”
(thrifty genes) olarak da adlandırılan, ağırlıklı olarak glikojen rezervlerini ve trigliserit depolarını koruyan ve yenilenmesini sağlayan genlerin evrimini sağladığı ileri sürülmektedir (Şekil 2.2).
Şekil 2.2. Besin alımı-fiziksel aktivite döngüsü ve verimli genler hipotezi (18) .
Verimli genotipi ilk öneren Neel (19) , bu genotipi besinlerin alımında ve kullanılmasında metabolik olarak çok verimli biyolojik bir yapı olarak tanımlamıştır.
Bir hipoteze göre ise, modern dünyada sedanter ve sürekli fazla besin alımını içeren bir yaşam tarzının evrimsel fiziksel aktivite-dinlenme ve tokluk-açlık döngülerini bozarak genlerin işlevlerini değiştirdiği veya baskıladığı, bunun da metabolik anormalliklerin ortaya çıkmasında etkin olduğu ileri sürülmektedir (18) . Aynı hipoteze göre aktarılan bu verimli genlerin işlevsel olabilmesi ve ekspresyonlarının gerçekleşebilmesi için belli düzeyde bir fiziksel aktivitenin gerekli olduğu belirtilmektedir (18) . Kaslardaki ve karaciğerdeki glikojen depolarının egzersiz-
İskelet kası trigliserit ve glikojen depolarının azalması Fiziksel Aktivite
Besin Temini
Tokluk-açlık döngüsü Fiziksel aktivite-dinlenme döngüsü
Metabolik değişimler/dönüşümler - Enerji depoları
- Metabolik proteinler - Kan insülin düzeyi - İnsülin duyarlılığı
Verimli genlerin & genotipin seçilimi - Kas glikojenlerinin korunması - Kas glikojeninin yenilenmesi
dinlenme ve açlık-tokluk döngüleri ile sürekli boşalıp dolması verimli genlerin özellikle glikojen depolarının bu işlevleri sırasında ortaya çıkabileceği düşüncesini doğurmuştur. Buna parallel olarak, son zamanlarda düşük kas glikojen depoları ile yapılan deneysel egzersiz çalışmalarında; interlökin-6 (20) , piruvat dehidrogenaz (21) , hekzokinaz (22) ve sıcak şoku proteini 72 (23) gibi moleküllerin transkripsiyon düzeyinin arttığı gösterilmiştir. Ayrıca egzersiz sonrasında karbonhidrattan yoksun bir diyetin de kas hücresinde glukoz taşıyıcı protein (GLUT4) düzeyini daha fazla arttırması diğer dikkat çekici bir bulgudur (24) .
Karbonhidrat ve yağların oksijenli solunum sonucunda enerji eldesi açısından bakıldığında aslında kullanılan her litre oksijene karşılık gelen enerji eldesi karbonhidratlarda 5.05 kcal, yağlarda ise 4.69 kcal olarak gerçekleşmekte ve karbonhidratların yakıt olarak kullanılmasının daha verimli olduğu görülmektedir (18) . Belkide bu yüzden özellikle antrenmanlı iskelet kas dokusunda glikojen depoları korunmak istenmektedir. Bunun yanında son zamanlarda yürüyüş egzersizinden koşma egzersizine geçişte rölatif olarak karbonhidrat yakımının azaldığı bunun da kısıtlı glikojen depolarını korumaya yönelik olabileceği ile ilgili bilgiler de bulunmaktadır (25) . Diğer taraftan iskelet kas hücrelerinin dayanıklılık antrenmanına adaptasyonu sonucunda oluşan kas glikojeninin yavaş kullanımı, daha fazla yağ yakımı ve aynı egzersiz şiddetinde daha az laktat üretimi gibi özelliklere bakıldığında aerobik dayanıklılığın gelişimi olarak adlandırılan bir süreç olarak çok önceden bu yana tarif edilmektedir (26) . Aynı zamanda egzersiz ile geliştirilen bu özelliklerin kas glikojeninin verimli genler hipotezine benzer olarak korunmasına yönelik özellikler ile çok benzer olduğu sonucuna varılabilmektedir. Sonuç olarak fizksel aktivite-dinlenme döngüsü ile kazanılan özelliklerin glikojen depolarının boşalıp dolması döngüsü ile sağlanabildiği düşüncesi ileri sürülmektedir (18) .
2.3. Glikojen Molekülü ve Özellikleri
2.3.1. Glikojen ve Egzersizdeki Rolünün Tarihçesi
Deneysel fizyolojinin kurucularından Fransız fizyolog Claude Bernard 1858’de köpek karaciğerinde glukozun glikojen formunda depolanarak gerektiğinde kana salınabildiğini göstermiş ve böylece ilk defa glikojen molekülü tanımlanmıştır (27) . Hücre içerisinden glikojenin izole edilmesi ile beraber 19. yüzyılın sonlarından
ve 20. yüzyılın başından itibaren bu molekülün biyolojik fonksiyonunu ve klinik önemini belirlemek için yoğun araştırmalar gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalardan en önemlisi glikojenin kas hücresinde kendi konsantrasyonunu belirlemesi ve fizyolojik regülasyonu ile ilgili ilk sinyal yollarının tanımlanmasıdır (28) . Bu çalışma ile 1947’de Carl ve Gerty Cori ve ön hipofiz bezinin şeker metabolizmasındaki önemini aydınlatan Prof. Bernardo Houssay Nobel Tıp ödülünü paylaşmışlardır. Diğer taraftan Bernard’ın buluşundan çok sonra 1960’lı yıllarda Hultman ve Bergstrom un kas glikojeni ile egzersiz performansı arasındaki ilişkiyi ve kaslarda boşalan glikojenin tekrar sentezinin mekanizmasını araştırmaya başladıkları bilinmektedir (29) . Bu ilk çalışmalar göstermiştir ki; çalışan kaslardaki glikojen miktarı uzun süreli egzersizlerde egzersiz kapasitesinin devamı için başlıca öneme sahiptir (30) . Ayrıca Hultman ve Bergstrom yaptıkları diğer bir çalışmada (31) diyet ve egzersizdeki değişimlerin kas glikojen miktarını etkiledeği bunun da egzersiz kapasitesini değiştirdiğini belirlemişlerdir. Bunlara ek olarak egzersiz sonrasında karbonhidrattan zengin beslenmenin protein ve yağ alımına göre kas glikojen depolarını daha fazla doldurduğu ve kaslardaki glikojenin kaynağının diyet ile alınan glukoz olduğu ilk defa tesbit edilmiştir (32) . Tüm bunlardan sonra glikojen miktarındaki artışın egzersiz performansının geliştirildiği çeşitli çalışmalarda gösterilmiştir (29) .
2.3.2. Glikojenin Granül Yapısı
Glikojen hücre içerisinde granül yapısında sentezlendiği ve bu granülün başlıca glikojen zincirinden ve tamamlayıcı proteinlerden oluştuğu bilinmektedir ve tüm bu yapı toplu olarak glikozom olarak isimlendirilmektedir (33) . Glikozom olarak adlandırılan bu granüller karbonhidratların yanında kendi metabolizmalarını da etkileyen birçok proteini yapısında bulundurmasından dolayı organel tipi yapılar olarak sınıflandırılabilmektedir (Şekil 2.3.) (33) .
Şekil 2.3. Glikojen granül yapısı (Glikozom)
GS-Glikojen sentaz, GP-Glikojen fosforilaz, PTG-Protein targeting to glycogen, PP1-Protein fosfataz 1, G-Glikogenin, PKin-Fosforilaz kinaz, GSK-Glikojen sentaz kinaz, GNIP-Glikogenin interacting protein, AMPK-Adenozin monofosfat kinaz (33) .
Glikojen granülleri büyüklüklerinden bağımsız olarak benzer miktarda protein içerirken karbonhidrat miktarları değişebilmektedir. Böylece küçük moleküllerin protein yüzdesi daha fazla olmakta ve asit içerisinde çözünmemektedirler (34) . İlk defa Lomaka ve ark. (35) küçük glikojen moleküllerini proglikojen ve büyük glikojen molekküllerini makroglikojen olarak tarif etmişlerdir. Proglikojen granüllerinin büyüklüklerinin 400.000 Dalton kadar (8 halka) olduğu, makroglikojenin ise 400.000-10.000000 Dalton (12 halka) arasında değişebildiği belirlenmiştir. Bunun yanında proglikojen ve makroglikojenin farlı metabolik özellikler gösterebildiği bilinmektedir. Örneğin uzun süreli dayanıklılık egzersizleri sonrası proglikojen miktarı daha fazla artmaktadır ve proglikojen birçok egzersiz türünde daha aktif rol oynamaktadır (33) . Bununla beraber maksimal oksijen tüketimi (VO2 maks) %70’in altında olan egzersiz türlerinde proglikojen ve makroglikojenin enerji üretimine katkısı eşit gerçekleşmekte fakat egzersiz şiddeti arttıkça proglikojen kullanımı baskın hale gelmektedir (Şekil 2.4.) (36,37) .
Şekil 2.4. Egzersiz şiddeti ve glikojen granüllerinin kullanımı (37) .
Aynı zamanda tekrarlayan maksimal bisiklet egzersiz (3x3 dk %100 VO2
maks) performanslarında da makroglikojen kullanımının inhibe olduğu belirlenmiştir (Şekil 2.5.) (37) .
Şekil 2.5. Tekrarlı maksimal egzersizlerde glikojen kullanımı (37) .
Ayrıca proglikojen ve makroglikojen moleküllerinin değişik egzersiz çalışmalarında katabolizmasına ilişkin bilgiler Tablo 2.1. de özet olarak gösterilmiştir (34) .
Tablo 2.1. İskelet kasında proglikojen ve makroglikojen katabolizması (34)
I-Yapılan egzersiz süresince kullanılan glukoz miktarı mmol /kg ka (kuru ağırlık) II-Toplam glikojen yıkımı içerisinde proglikojen ve makroglikojenlerin yüzde oranı
PG-Proglikojen, MG-Makroglikojen, Tkn-Tükenme, LL-Düşük glikojen, HL-Yüksek glikojen
2.3.3. Glikojen Granülünün Sentezi ve Yıkımı
Glikojenin hayvanlar aleminin birçok türünde bulunan, kompleks ve dallı yapıda olan bir glukoz polimeri olduğu bilinmektedir. Glikojen, glukoz moleküllerinin depo formu olarak birçok dokuda bulunur fakat miktar olarak en yoğun şekilde iskelet kasında ve karaciğerde bulunmaktadır (38) .
Glikojen sentezi, basit fakat birçok basamağı biyokimyasal olarak kontrollü olan ve kompleks bir molekül oluşumu ile sonuçlanan bir dizi biyolojik reaksiyonlar sonucunda meydana gelmektedir (39) . Glikojen sentezinin başlaması glikogenin adlı bir proteinin kendi glukolizasyonunu sağlaması ile gerçekleştiği bildirilmektedir (40) . Oluşan bu oligosakkarit primerine, glikojen sentaz enzimi, üridin di fosfat (UDP)- glukoz kompleksini kullanarak glukoz eklemelerini α 1-4 bağları ile gerçekleştirmektedir (40) . Glikogenin proteini, kendi aminoasit dizileri içerisindeki tirozin bölgelerine 7-11 glukozil ünitesi eklenmesini sağlayarak hem sübsrat hem enzim gibi davranmaktadır (33) . Glikojen molekülü en az 11 glukoz ünitesine ulaşınca ise branching enzimi α 1-6 bağları ile 7 moleküllük bir zinciri ayırarak dallanmaları sağlamaktadır (41) . Böylece glikojen sentaz enzimi glikojen düz zincirini uzatırken branching enzimi de dallanma noktaları oluşturarak (Şekil 2.7.) (34) 12 halkalı konsentrik bir yapı oluşturmaktadır (Şekil 2.7.’de ilk 4 halka gösterilmiştir) (42) .
Şekil 2.6. Glikojen sentezi.
GN-Glikogenin, GP-Glikojen fosforilaz, Tyr-Tirozin 194, GS-Glikojen sentaz, BE-Branching enzimi (34) .
Her zaman için glikojenin halkasal yapısındaki bir dal (B) diğer halkada 2 adet dal (A) oluşturacağı için (Şekil 2.7.) karbonhidrat içeriği teorik olarak üstel bir şekilde artacaktır (Tablo 2.2.) (34) . Karbonhidratların bu şekilde depolanmasının bir önemide glukoz moleküllerinin tek başlarına hücre içerisinde oluşturabilecekleri ozmotik dengesizliğin önlenmesi ve depolanan karbonhidratların hücrede çözünürlüğünün artmasıdır (34) .
Tablo 2.2. Glikojen halkalarındaki tahmini glukoz ünitesi sayısı (34)
Şekil 2.7. Glikojenin halkasal yapısı
G-Glikogenin proteini, A: Düz zincir, B: Dallı zincir (42) .
Glikojen yıkımı için ise glikojen fosforilaz ve glikojen debranching enzimlerinin senkronize çalışmasına ihtiyaç bulunmaktadır. Glikojenolizin hız kısıtlayıcı basamağını katalizleyen enzim olan glikojen fosforilaz glikojen zincirindeki α 1-4 bağlarını keserek glukoz moleküllerinin serbestlenmesini sağlamaktadır (41) . Dallanma noktasına 4 glukoz kaldığı zaman ise debranching enzimin transferaz aktivitesi ile 3 glukoz molekülü glikojen zincirindeki bitişik dala aktarır (41) . Aynı zamanda debranching enzimi glukozidaz bileşenini kullanarak dallanma noktasındaki α 1-6 bağını keserek glukoz moleküllerini serbestler, böylece glikojen fosforilaz enzimi glukoz moleküllerini glikojen zincirinden ayırmaya devam edebilir (43) .
2.3.4. Glikojen Granüllerinin İskelet Kası İçerisinde Yerleşimi
Elektron mikroskobu çalışmaları iskelet kas hücresinde 3 farklı glikojen depolanma bölgesini ortaya koymuştur (Şekil 2.8. ve 2.9.) (44) . Bunlar; 1) İntermiyofibriller (IMF) glikojen: Miyofibriller arasında lokalize olup mitokondri ve sarkoplazmik retikuluma yakın olarak yerleşmiş olan glikojen moleküllerini belirtmektedir. 2) İntramiyofibriller (İntra) glikojen: Daha çok kontraktil elementlerin içerisinde özellikle sarkomerin I bandı bölgesinde yoğunlaşmış glikojen moleküllerini tanımlar. 3) Subsarkolemmal (SS) glikojen: Burada glikojen moleküllerinin yerleşimi kas hücre membranın hemen altında mitokondri, golgi aparatı, lipitler ve nükleus ile yakınlık göstermektedir. İskelet kası hücresi içerisinde depolanan toplam glikojen miktarının yaklaşık %75 ini IMF glikojeninin, İntra ve SS glikojenlerinin ise herbirinin toplamın % 5-15 arasındaki kısmını oluşturduğu tahmin edilmektedir.
Şekil 2.8. Kas hücresi içerisinde glikojen moleküllerinin yerleşimi
T-Tübüler, SR-Sarkoplazmik reticulum, IMF- İntermiyofibriller, Intra-İntramiyofibriller, SS- Subsarkolemmal (44)
Şekil 2.9. Kas glikojen partikülleri transmisyon elektron mikroskobu görüntüleri
IMF- İntermiyofibriller, Intra-İntramiyofibriller, SS-Subsarkolemmal (44) .
2.3.5. Kas Lif Tipine Göre Glikojen Granüllerinin Yerleşimleri
Glikojen moleküllerinin kas hücrelerinin fibril tipine göre yerleşimlerinin nasıl olduğu ile ilgili ilk çalışma Schmalbruch ve Kamieniecka (45) tarafından yapılmış ve tip I liflerinde başlıca glikojen lokasyonunun Intra, tip II liflerinde ise IMF boşluklarında olduğu belirlenmiştir. Ayrıca Intra glikojenlerin tip I liflerinde I bölgesinde tip II liflerinde ise A bölgesinde yoğunlaştığı belirtilmektedir (44) . Yakın zamanda yapılan bir çalışma ile tip I liflerinde tip II liflerine göre daha fazla Intra glikojeninin bulunduğu ortaya konarak (46) Schmalbruch ve Kamieniecka tarafından bulunan ilk bulgular desteklenmiştir. Fakat sedanter obez bireylerle (47) ve rekreasyonel olarak aktif kişilerle (48) yapılan çalışmalarda tip I ve tip II liflerinde glikojen dağılımının farklı olmadığı ortaya konmuştur. Diğer taraftan kayaklı koşu sporcularında yapılan bir çalışmada sporcuların tip I fibrillerinde tip II
ye göre %81 daha fazla Intra glikojeni ve %31 daha fazla SS glikojeni bulunduğu belirlenmiştir (49) . Aynı zamanda tip II liflerinde bulunan IMF glikojeninin de tip I liflerine göre %11 daha fazla olduğu anlaşılmıştır (49) . Buradan da anlaşılabileceği gibi glikojen partiküllerinin kas fibril tiplerine göre farklı yerleşimleri daha çok antrenmanlı kaslarda ortaya çıkıyor gözükmektedir. Bu konuda yapılan çalışmaların (Tablo 2.3.) sonuçlarına göre tip I liflerinde daha fazla bulunan Intra ve SS glikojeninin gelişmiş dayanıklılığa parallel bir adaptasyon, aynı şekilde tip II liflerinde daha fazla biriken IMF glikojeninin hızlı kasılma için bir adaptasyon olabileceği ileri sürülmektedir (44) .
Tablo 2.3. Glikojen’in iskelet kasında yerleşimi ile ilgili çalışmaların özeti (44) .
Özet olarak bakıldığında isklet kasında glikojen granüllerinin dağılımlarının, büyüklüklerinin ve yerleşimlerinin homojen olmadığı, yapısında bulundurduğu birçok farklı protein ile birlikte farklı metabolik özellikler gösterebilecekleri sonucuna varılabilmektedir (34) . Ayrıca glikojen granülündeki tamamlayıcı proteinlerin ve protein-protein etkileşimlerinin çok önemli olduğu ve bununda ötesinde artık glikojen granül yapısının hücre ve kendi metabolizmasına etkilerinden
dolayı ayrı bir organel olarak sınıflandırılabileceği fikri ileri sürülmekte, bu konuda ayrıntılı analizlere yer verilmektedir (50) . Çeşitli protein-protein etkileşimlerinin granülün sentez ve yıkımını etkilediği gözükmekte, bunun ötesinde glikojen depolarının miktarının da enerji ihtiyacına duyarlı olduğu, kaslardaki yüksek glikojen konsantrasyonunun egzersiz sırasında daha hızlı glikojen yıkımına, düşük konsantrasyonun ise daha fazla metabolik genin ifade edilmesine etki ettiği bilinmekte, hatta hücredeki glikojen konsantrasyonunun hücre içine glukoz alımı için insulin hormonundan daha etkin bir rol oynayabileceği düşünülmektedir (51-53) .
2.4. Karbonhidrat Depoları ve Egzersiz
2.4.1. Diyet ile Karbonhidrat Alımı ve Metabolizması
Karbonhidrat ve beslenme ile ilintili bilimsel çalışma alanı çok geniş olup tek bir tez veya derleme ile özetlenmesi mümkün olmayan boyuttadır. 1960 lı yıllarda Bergstrom, Hultman gibi İsveç’li araştırmacıların yaptığı çalışmalar(30,54) kas glikojen metabolizması ve dayanıklılık egzersizindeki önemi ile ilgili bilgilerin temelini oluşturmaktadır. Karbonhidrat beslenmesi elit sporcular için önemli olsa da sedanter bireylerin vücut kompozisyonunu ve metabolizmasını etkileyebilmektedir.
Vücudunuzun %40-45’ini oluşturan kas dokunun, karbonhidratların regülasyonu için önemli ve glikojen depolarının doluluk seviyesi ile adipoz dokuyu da etkileyebilen bir konumu olduğu bilinmektedir (55) . Jequier ve Tappy (56) kilo kontrolünün enerji dengesi ve besin yönetimi ile olabileceğini ve alınan makro besin öğelerinin miktarının vücuttaki öngörülen oksidasyon oranları ile denge halinde olması gerektiğini belirtmişlerdir. Üç makro besin ögesinden herhangi birisinin alımının artması durumunda bu fazla alınan besin ögesi okside edilir veya depolanır yahut diğer bir makro besin ögesine çevrilerek depolanır ve vücut kompozisyonu değişir (56) . Vücut yapısının başlıca protein, karbonhidrat ve yağlardan oluştuğu, protein ve karbonhidratların depo olarak oldukça az miktarda bulunduğu ve vücutta depolanmaları çok sınırlı seviyelerde olduğundan vücuttaki enerji fazlalığının başlıca yağ dokuda depolanabildiği bilinmektedir (55) . Diyetle karbonhidrat veya protein alımının artması, bu besin ögelerinin oksidasyonunun artması ve yağ yakımının azalmasına neden olmakta, yağ alımının artması halinde ise yağ yakımı aynı oranda artmamaktadır (55) .
Karbonhidrat alımı iştah düzenlemesinde merkezi bir rol oynamaktadır. İştah, açlık ve doygunluk mide genişlemesinden plazma leptin konsantrasyonuna varan çeşitli sinyal yollarını içermektedir. Flatt (57) vücudun karbonhidrat alımına, metabolizmanın düzenlenmesi ve enerji depolanması anlamında yağlara göre daha fazla odaklandığını bildirmektedir. Bunun bir nedeninin de kan glukozunun yaşam için çok kritik olmasından, karbonhidrat depolarının sınırlı ve yağ depolarının fazla olmasından kaynaklanıyor olabileceğini belirtmiştir (57) . Değişik çalışmalarda genel olarak diyetteki değişimlerde karbonhidrat ve protein dengesininin sürdürüldüğünü ve değişimin adipoz dokuda meydana geldiği gösterilmiştir (56,58) . Benzer bir şekilde yüksek yağlı diyetin toplam enerji alımını arttırdığı, karbonhidrat alım seviyesinin ise doygunluk ile ilgili olduğu gösterilmiştir (58,59) . Diğer taraftan karbonhidrat alımı ve açlığın baskılanması arasındaki ilişki oldukça karmaşık gözükmektedir. Merkezi sinir sistemine, sindirim (gastointestinal) ve nöroendokrin refleksler ile geri bildirimler olduğu, kan glukozu, insülin ve serotonin gibi nörotransmitterlerin ise bu döngünün içerisinde yer aldıkları bilinmektedir (55) . Lavin ve ark. (60) karbonhidrat alımı ve iştah arasındaki ilşkinin kompleks yapısını ve önemini glukoz/insülin düzeylerini değiştirerek ortaya koymuşlardır. Yaptıkları bu çalışma kapsamında dinlenik insan denekleri ile üç deneme yapmışlardır. Diyetle karbonhidrat alımı ile aynı seviyede plazma glukoz düzeyi elde etmek için glukoz infüzyonu gerçekleştirmişler fakat bu uygulama ile insülin artışı, tokluk ve mide doluluğu hissi daha az meydana gelmiştir. Bununda ötesinde, glukoz infüzyonu sonrasındaki insülin salınımı farmakolojik olarak bloke edilirse açlığın bastırılması ve tokluk hissi çok az hissedilmektedir. Şüphesiz diyetle karbonhidrat alımında tokluk hissinin ve doygunluğun daha fazla hissedilmesinde mide bağırsak sisteminden alınan geri bildirimin önemli bir rolü olmaktadır. Bu aynı çalışma kapsamında(60) bireylere istedikleri kadar yeme izni verildiğinde oral karbonhidrat alan grubun infüzyon ile glukoz verilen gruba göre daha az kalori almasının gösterilmesi ile de bu düşünce doğrulanmaktadır.
Karaciğer ve kas dokusu neredeyse tüm vücut glikojen depolarını oluşturmakta ve diyet ile egzersiz bu her iki dokudaki glikojen depo düzeylerini etkileyebilmektedir (55) . Karaciğer glikojeninin başlıca kan glukoz düzeyinin korunmasında rol aldığı ve bu yüzden büyük miktarda diurnal değişimler gösterdiği,
diyet ile karbonhidrat alımına da yüksek bağımlılığı olduğu bilinmektedir. 24 saat açlık sonrası karaciğer glikojen deposunun neredeyse tamamen tükendiği, bununda ötesinde sadece bir gece açlığın bile karaciğer glikojen depolarını kan glukozunun plazma konsantrasyonun korunmasının glikoneogenez ile karşılanacak düzeye kadar düşürdüğü bildirilmektedir (61) . Kas dokusu, vücut glikojen depolarının %80 nini içermekte ve bu plazmadaki %4 lük glukoz depoları olduğu düşünülünce ne kadar önemli bir depo olduğu daha iyi anlaşılmakta, bunun yanında dinlenik durumda kas glikojen miktarının çok fazla diurnal farklılıklar göstermediği ve diyetle karbonhidrat alımından çok fazla etkilenmediği belirtilmektedir (61) . Diğer taraftan kas glikojeninin karaciğer glikojeninden farklı olarak 3 günlük total açlık sonrasında sadece %15, 4. Günde ise %40 azalmaktadır (31) .
Sonuç olarak fazla karbonhidrat alımına ilk başta kas doku ve karaciğerin cevap verdiğini sonrasında yavaşça kas doku insüline duyarsızlaştıkça adipoz dokunun devreye girdiği söylenebilir. Fakat uzun dönemde yağların denovo sentezi karbonhidratların yakımı ve yağların trigliserit yapısında serbest yağ asidi olarak depolanmasından metabolik olarak daha fazla enerji gerektirmektedir. Bu nedenle aynı kalorik içerikteki yüksek karbonhidrat diyetinin yüksek yağlı diyete göre teorik olarak daha az total yağ depolanmasına yol açacağı öngörülmektedir. Fakat bu şekilde karbonhidrattan zengin bir diyetinde plazma trigliserit konsantrasyonunu arttıracağı unutulmamalıdır.
2.4.2. Egzersiz, Antrenman ve Diyet Etkileşimi
İnsanlarda iskelet kasının tekrarlayan egzersiz periyotlarına adaptasyon sağlama kapasitesi ve böylece bir sonraki egzersiz performansı ve kalitesinin geliştirilmesi fiziksel antrenman olarak tanımlanmaktadır (62) . Bunun yanında antrenmana adaptasyonun yeterli sıklıkta, şiddette ve sürede yapılan sistematik ve artan egzersizlerle sağlanmasını öngören klasik yüklenme prensibinin artık yeterli olmadığı belirtilmekte ve modern antrenmana adaptasyon ilkesinin optimal beslenme ile mümkün olacağı kabul edilmektedir (63) . Benzer olarak, iskelet kas dokusunun kassal aktivite ve besin varlığı gibi dış uyaranlara cevap olarak fenotipini değiştirebilen, biçimlendirilebilir bir yapı olduğu konusunda görüşler bulunmaktadır (64,65) . Moleküler biyoloji kapsamında bakıldığında ise, basitçe antrenmana
adaptasyonun spesifik tipteki proteinlerin belirli miktarlarda birikmesi sonucunda ortaya çıktığı ve bu proteinlerin artmasına yol açan gen ifadelerinin antrenman cevabının oluşturulmasında hayati öneme sahip olduğu anlaşılmaktadır (66) . Bu noktadan hareketle her bir egzersiz periyodunda akut olarak spesifik proteinlerin konsantrasyonlarının arttığı da artık bilinmektedir (66) . Her bir egzersiz periyodunda enerji depolarının (kas ve karaciğer glikojeni) durumunun, besin alımının veya kısıtlamasının antrenmana optimal adaptasyonu nasıl etkileyeceği sporcu beslenmecileri ve egzersiz fizyologlarının günümüzde başlıca araştırma konularındandır (67) . Bununda ötesinde bazı araştırmacılar antrenman ve besin alımı periyodizasyonunun beraber yapılmasının fenotipik adaptasyon ve performansı optimize edebileceğini ileri sürmektedirler (68) .
Diyetle besin alımındaki değişimler kandaki besin metabolitlerinin ve hormonların miktarını değiştirerek iskelet kas dokusunda makro besinlerin oksidasyon veya depolanma durumunu düzenleyebilmektedir (67) . Metabolizmada sübstrat durumunun değişmesi dinlenik enerji harcaması, egzersiz sırasındaki yakıt kullanımı ve düzenleyici rol oynayan gen ifadelerini etkileyebilmektedir (69,70) . Diyetle alınan besinlerin ve egzersizin oluşturduğu değişimlerin düzenlenmesi gen transkripsiyonu, nükleustan RNA transportu, protein sentezi ve bazı durumlarada proteinlerin post-translasyonal modifikasyonları gibi yüksek kordinasyonlu biyolojik prosesler ile sağlanmaktadır (Şekil 2.10.) (67) . Bunula beraber gen transkripsiyonunun başlamasının diyetle besin alımındaki ve alınan besinlerin kompozisyonundaki akut ve kronik değişimlerden çok güçlü bir şekilde etkilendiği (71) , bununda egzersize verilen cevapları etkilemede potansiyel öneme sahip olduğu öngörülmektedir
Şekil 2.10. Diyet ve egzersiz antrenmanı etkileşimi (67) .
Egzersizin, iskelet kasının vücutta bulunan kimyasal formdaki enerjiyi mekanik forma çevirmesini gerektiren biyolojik bir olaylar dizisi olduğu ve kasların mekanik enerjiye çevirmek için gereksinim duyduğu yakıtın besinler yolu ile vücuda alındığı bilinmektedir (72) . Buna bağlı olarak diyetle alınan karbonhidrat, kas glikojen içeriği ve dayanıklılık egzersizi metabolizması arasındaki etkileşimler birçok çalışma ile ortaya konmuş ve uzun süreli submaksimal dayanıklılık egzersizi öncesinde ve sırasında karbonhidrattan zengin beslenmenin yorgunluğa ulaşmayı geciktirdiği ve egzersiz performansını geliştirdiği bilinmektedir (30,73) .
İnsan vücudunun karbonhidratları depolama kapasitesi sınırlıdır ve bundan dolayı özellikle yüksek şiddetli veya uzun süreli egzersizlerde uygun beslenme ve karbonhidrat depolarının içeriğinin optimal düzeyde olmasının hayati önem taşıdığı bildirilmektedir (67) . Glikojen depolarının sırasıyla egzersiz boyunca boşalması ve toparlanma sürecinde yenilenmesi egzersiz kapasitesini arttırmakta ve antrenmanın temel araçlarından biri olarak yer aldığı bilinmektedir (74) . Yukarıda belirtildiği gibi genel olarak dayanıklılık sporları içerisinde yer alan sporcularda diyetin karbonhidrattan zengin olmasının sporculara daha şiddetli-hızlı veya daha uzun süre antrenman yapma imkanı vererek en üst düzeyde antrenman cevabı alınmasını sağladığı kabul edilmektedir (67) . Buna bağlı olarak özellikle kassal aktivitenin maksimuma ulaştığı yoğun antrenman dönemlerinde spor diyetisyenleri ve egzersiz fizyologları karbondiratlardan zengin beslenmenin önemine dikkat çekmektedirler
(75) . Bu konuda spesifik egzersiz türlerine göre karbonhidrat alım önerileride en son 2011 yılında Burke ve ark. (76) tarafından güncellenerek yayınlanmıştır.
Spor bilimleri literatüründe sporcularda karbonhidratlardan zengin beslenmenin egzersiz performansını veya egzersiz kapasitesini bozduğu ile ilgili bir bilginin henüz bulunmadığı bilinmektedir (67) .
2.4.3 Düşük Karbonhidrat Depoları ile Egzersiz: Yapılan Çalışmalar ve Moleküler Mekanizması
Egzersiz antrenmanının enerji metabolizmasını devam ettirmek için spesifik proteinlerin birikmesine yol açtığı(77) bilinmesine rağmen bu tür bir adaptasyonun substrat azlığından veya fazlalığından mı kaynaklandığı belirsizdir (78) . Aynı zamanda son yıllarda özellikle kas glikojen depolarının boşalıp-dolmasının egzersiz sırasında oluşan adaptasyon ve fizyolojik cevapları daha ileriye götürebileceği ileri sürülmektedir (18) . İnsanlarda glikojen depolarının azalmasına bağlı olarak egzersiz sırasında piruvat oksidasyonunun azalması, kaslarda protein yıkımının artması ile sistemik dolaşıma daha fazla amino asitin girmesi ve yağ yakımının ise artış göstermesi gibi bazı metabolik değişikliklerin meydana geldiği bilinmektedir (79) . Egzersiz ile glikojen depolarındaki azalmanının yağ yakımında bir artışı meydana getiriyor olması, glikojen depolarındaki bu eksilmenin vücut tarafından algılanarak hücrenin yakıt kullanımı açısından karbonhidratlardan yağlara kaydığı fikrini doğurmaktadır (29) . Ayrıca egzersiz ile azalan glikojen depolarının kas hücresindeki sinyal yollarını etkileyerek akut egzersize veya antrenmana hücresel adaptasyonu sağlıyor olabileceği düşüncesi oluşmuştur (80) . Diğer bir bulgu ise bu düşük karbonhidrat deposu ile antrenman yüksek karbondidrat deposu ile yarışma yaklaşımının yorgunluğa ulaşma egzersiz zamanını iki katına kadar arttırabildiğini ortaya koymuştur (81) . Düşük karbonhidrat depoları ile egzersiz tezini savunan araştırıcıların belirli şartlarda sübstrat kısıtlamasının (karbonhidrat gibi) egzersize metabolik cevapları ve antrenmana adaptasyonu geliştirebileceğini öngördükleri bildirilmektedir (66) . Gerçekten de son yıllarda, dayanıklılık egzersizine düşük kas karbonhidrat içeriği ile başlamanın antrenmana fizyolojik adaptasyonu sağlayan birçok geni, biyokimyasal yolu ve sonuçta tüm metabolizmayı etkilediği ile ilgili kanıtlar artmıştır (23,52,79,82) . Bunun muhtemel olarak glikojen bölgelerine bağlı
transkripsiyon faktörlerinin glikojen seviyesi düşünce serbest kalıp farklı hedef proteinler ile birleşmesinden kaynaklandığı düşünülmektedir (83) . Yakın zamanda sıçan ve fare karaciğer glikojen depolarında glikojen proteomu olarak adlandırılan 70 civarında protein tanımlanmıştır (Tablo 2.4.) (84) .
Tablo 2.4. Fare karaciğer glikojen proteomundaki proteinler (84) .
Substrat miktarının değişmesinin ise, sadece dinlenik enerji harcamasını değil ardından yapılacak olan bir egzersizdeki yakıt kullanımını ve aynı zamanda gen ekspresyonlarının sağladığı düzenleyici süreci de etkileyebildiği belirtilmektedir (69,70) . Bununla beraber, gen transkripsiyonunun başlamasının diyetle besin alımı ve kompozisyonundaki akut ve kronik değişimlerle sıkı bir bağ içerisinde olduğu (71) ve bununda egzersiz ile oluşan adaptasyonları düzenleyebileceği bildirilmektedir (67) . Son zamanlarda araştırıcılar yağ asidi serbestlenmesinde ve oksidasyonunda artış oluşturan ve kas glikojenine daha az bağımlılık gösteren düşük karbonhidrat diyeti ile ilgili çalışmalara yoğunlaşmışlardır (85,86) . Bu gelişmeler ışığında Hansen ve ark. (66) bu konuda çığır açan bir çalışma gerçekleştirmişlerdir.
Araştırmacılar düşük glikojen depoları ile egzersiz yapmanın yüksek veya normal glikojen depoları ile yapılacak egzersizlerden daha yüksek bir kassal adaptasyona yol açabileceği düşüncesi ile çok zekice bir antrenman planlaması ile bir araştırma dizayn etmişler ve bu çalışmayı Kopenhag Üniversitesi etik kurulunun red etmesine rağmen Helsinki deklarasyonuna bağlı kalarak gerçekleştirmişlerdir. Buna göre antrenmansız bireyler katılımcı olarak çalışmaya alınmış ve 10 hafta boyunca katılımcıların bacaklarından birine her gün zirve güç çıktısının %75 inde 60 dk (normal glikojen) diğer bacağa ise iki günde bir aynı egzersiz şiddetinde 2 saat dinlenme aralığı ile 60’ar dakikadan iki seans bacak ekstansiyon egzersizi (düşük glikojen) yaptırılmıştır (Şekil 2.11.) (66) . Böylece bacaklardan her ikisine aynı hacimde bir antrenman programı uygulanırken, aynı zamanda bir bacağın tüm egzersizleri normal glikojen ile diğer bacağın ise egzersiz seanslarının yarısını düşük glikojen düzeyi ile yapması sağlanmış. Sonuç olarak egzersizlerin yarısını düşük kas glikojen depoları ile yapan bacağın dinlenik karbonhidrat depolarının, yorgunluğa ulaşma zamanlarının, sitrat sentaz ve yağ metabolizması enzimlerinden 3- hidroksiaçil koenzimA dehidrogenaz (βHAD) enzim düzeylerinin normal karbonhidrat deposu ile antrenman yapan bacağa göre arttığı ortaya konmuştur.
Şekil 2.11. Düşük glikojen depoları ile yapılan antrenman dizaynı
Podolin ve ark. (87) arttan şiddetteki bir egzersizde karbonhidrat depolarının içeriği düşük olan bireylerde laktat konsantrasyonunun azaldığını, katekolamin ve laktat eşiğinin ise yükseldiğini gözlemlemişlerdir. Buna karşın vücut karbonhidrat depolarının içeriğinin artması dayanıklılık egzersizinin oluşturduğu yağ asidi serbestlenmesini ve katekolamin cevabını azalttığı belirtilmektedir (74) . Steensberg ve ark. (80) yaptıkları çalışma ile, glikojen depolaranın düşük olduğu durumda egzersizin 90-120.dk arasında plazma yağ asidi, epinefrin ve kortizol düzeylerinde artış saptamışlardır. Diğer taraftan iki farklı araştırma grubu Hansen ve ark. yaptığı çalışmayı farklı bir egzersiz dizaynı ile elit sporculara uygulamışlardır (88,89) . Bu çalışmalarda özetle sporculardan bir gruba aynı gün önce 100dk VO2 maksın
%70’inde aerobik bir egzersiz ve bir saat sonra 8x5dk yüksek şiddetli interval egzersiz uygulanmış (düşük kas glikojen grubu), diğer gruba ise aynı egzersiz protokolü 1 gün dinlenme aralığı ile uygulanmıştır (yüksek kas glikojen grubu). Üç hafta süresince düşük kas glikojen grubu bu protokolü 2 günde bir tekrarlar iken (aynı gün içinde aerobik egzersiz ve 1 saat dinlenme aralığından sonra yüksek şiddetli egzersiz), yüksek kas glikojen grubu bir gün aerobik egzersizi diğer gün ise yüksek şiddetli interval egzersizleri uygulamıştır (Şekil 2.12.) (88) . Çalışmalar sonunda yaptırılan time-trial performansları benzer bulunmuş ve iki grubun antrenman yoğunluğu karşılaştırılınca bu durum düşük glikojen grubunun antrenmana daha iyi adaptasyonu olarak yorumlanmıştır (90) . Bu çalışmalardan birinde ortaya çıkan diğer bir ilginç bulgu ise aerobik egzersiz periyotları sırasında düşük kas glikojen grubunda kas içi trigliseritlerin (IMTG) kullanımındaki artışa bağlı olarak daha fazla yağ yakımının gerçekleştiğinin belirlenmesidir (89) . Her iki çalışmada da düşük kas glikojen gruplarında yağ yakımına doğru bir kayma ile
beraber süksinat dehidrogenaz ve 3- hidroksiaçil koenzimA dehidrogenaz (βHAD) enzimlerindeki artış belirgin olarak görülmektedir (88,89) .
Şekil 2.12. Aerobik ve yüksek şiddetli egzersiz antrenman modeli
: AT-Aerobik antrenman, High-Her gün antrenman, Low-İki günde bir antrenman,
: HIT-Yüksek şiddetli interval antrenman, R-Dinlenme, VO2 peak-Zirve oksijen tüketimi (88) .
Bu iki çalışmada ortaya çıkan bilgiler ışığında düşük kas glikojen düzeyleri ile yapılan yüksek şiddetli egzersizlerin yağ oksidasyon kapasitesini normal kas glikojen grubundan daha iyi geliştirdiği sonucuna varılabilmektedir. Diğer taraftan bu çalışmalar değişik sorularıda beraberinde getirmektedir. Bazı araştırıcılar düşük glikojen depoları ile egzersizin hücre içerisinde bir takım değişiklikler oluşturduğunu ve bu değişikliklerinde sinyal yollarını etkiliyor olabileceğini öngörmektedirler (90) . Buna bağlı olarak düşük glikojen depoları ile yapılan egzersizlerde meydana gelen bazı değişimlerin; 1) Plazma serbest yağ asidi düzeyinde artış, 2) Sempatik sinir sistemi aktivitesinin artması, 3) Glikojen moleküllerinin azalmasına bağlı olarak su kaybı ve hücrede hiperozmotik durumun oluşması, 4) Miyokinlerin sentezinin artması, 5) Glikojen bağlanma bölgesi içeren proteinlerin aktivitelerinin artması olarak öne çıktığı görülmektedir (29,90) . Buna paralel olarak düşük glikojen depolarının hücre içinde yarattığı değişim ile egzersizin antrenmanın kazandırdığı adaptif cevapları destekleyebileceği ve geliştirebileceği ileri sürülmektedir (29) . Eldeki bilgiler ışığında düşük glikojen depoları ile egzersizin yağ asidi
oksidasyonunu arttırması ile ilgili hipotetik yaklaşımlar geliştirilmiştir (Şekil 2.13.) (29) . Bu paradigmanın en önemli parçaları olarak, peroksizom proliferator-activeted reseptör-γ koaktivatör (PGC) 1α, 5' AMP activated protein kinaz (AMPK) ve peroksizom proliferator-activeted reseptörleri (PPAR) α ve δ görülmektedir. PGC 1α’nın mitokondriyel biyogenez, anjiogenez ve yağ metabolizması ile ilintili transkripsiyon faktörlerinin koaktivatörü olduğu bilinmektedir (91) . AMPK ise metabolik stres durumunda aktive olmakta ve akut olarak malonil koenzim A düzeyini kontrol ederek yağ metabolizmasını düzenlemekte, uzun dönemde ise mitokondriyel biyogenez metabolizması ile ilgili genlerin transkripsiyonunu etkileyebilmektedir. PPAR reseptörleri ise yağ asitlerinin aktive ettiği transkripsiyon faktörleridir ve PGC 1α ile beraber yağ asidi metabolizmasındaki enzimlerin sentezini kontrol ederler.
Bu moleküllerin düşük glikojen depoları ile egzersizde nasıl rol aldıklarına kısaca bakılacak olursa; en başta düşük glikojen durumunun egzersiz ile beraber metabolizmada oluşturduğu daha fazla stres drumunun dolaşımdaki katekolaminleri (epinefrin ve norepinefrin) arttıracağı (92) , bunun da antrenmana adaptasyonu iki yolla geliştirebileceği belirtilmektedir (29). Birincisi katekolaminlerin siklik adenozin monofosfat (cAMP) respond element binding proteini (CREB) fosforile ederek aktivasyonunu sağlayabileceği ve bu yolla bir adaptasyon oluşturması söz konusudur. CREB in artan semparik sinir sistemi aktivitesine bağlı olarak sadece egzesiz yapan kaslarda değil diğer egzersiz yapmayan kas hücrelerinde de arttığı gösterilmiştir (93) . Diğer taraftan CREB in hedef moleküllerinden biri olarak PGC 1α tanımlanmış ve fare iskelet kasında egzersiz ile PGC 1α nın artışı için PGC 1α promotorunda CREB bölgesine ihtiyaç olduğu ortaya konmuştur (94) . Fakat katekolaminlerin PGC 1α’ yı aktive etmesi ile ilgili insan çalışmalarına gereksinim olduğu belirtilmektedir (29) .
Katekolaminlerin egzersize adaptasyonu geliştirmesindeki ikinci yolun ise yağ metabolizmasına etkileri ile olduğu bilinmektedir (90) . Katekolaminlerin yağ metabolizması üzerindeki etkisinin protein kinaz A (PKA)’ nın hormon sensitive lipazı (HSL) fosforile ederek aktive etmesinden geçtiği bildirilmektedir (29) . Böylece artan HSL aktivitesi ile hem adipoz dokuda hemde iskelet kas dokusunda daha fazla yağ asidinin serbestlenmesi mümkün olabilmektedir. Kan dolaşımında ve